[发明专利]聚丙烯酸酯/噻吩类复合导电水凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种聚丙烯酸酯/噻吩类复合导电水凝胶及其制备方法和应用。所述复合导电水凝胶的原料包括丙烯酸酯类单体，磺酸盐单体，3,4‑乙撑二氧噻吩，交联剂，氯化钙，光引发剂及水。将丙烯酸酯类单体、磺酸盐单体、光引发剂、交联剂、氯化钙和水反应得到A组分；将3,4‑乙撑二氧噻吩，磺酸盐单体和水反应得到B组分；将A、B组分混合后得到复合导电水凝胶。将复合导电水凝胶作为打印浆料倒入3D打印机的液体槽中打印；成型后，将样品紫外固化，在过硫酸铵/氯化铁溶液中浸泡即可。本发明通过面曝光形式打印，打印成型的样品融合了水凝胶的高柔性，自修复性和聚3,4‑乙撑二氧噻吩的高导电性等性能。

技术领域

本发明涉及一种聚丙烯酸酯/噻吩类复合导电水凝胶及其制备方法和应用，具体涉及一种光固化聚丙烯酸酯/噻吩类复合导电水凝胶及其制备方法和应用，属于3D打印增材制造技术领域。

背景技术

随着柔性导电材料、生物材料的需求量不断扩大，开发一种高柔性，良好生物相容性和高导电性的材料成为人们关注的焦点。这其中，导电水凝胶凭借其优异的性能成为了研究的热点。水凝胶是一种主链或支链含有大量亲水性基团，且具有三维网状结构的聚合物。凭借着响应性，生物相容性等一系列特性，被大量应用于电容器、化学开关、生物传感器、仿生材料和药物载体等领域。然而，水凝胶的主体结构多为含大量亲水基团的柔性链，缺乏刚性链或交联点，因而导致其易碎、机械强度低。目前，导电水凝胶多为离子型导电，即在凝胶中形成离子液通路。该体系很容易受到水分蒸发和离子流失的影响而导致其电性能明显下降。进一步的，水凝胶成型需要模具，制备复杂或特定形状比较困难。以上因素极大地限制了导电水凝胶的进一步应用。

聚3,4-乙撑二氧噻吩(PEDOT)则相反，PEDOT的主链是π共轭结构，构成电子型导电通路。这也导致了分子链刚性太强，无法旋转弯曲。PEDOT具有较高的电导率，其本身在噻吩环3,4位上存在的二氧乙烯桥联基团极大的降低了能带和氧化还原电势，赋予了PEDOT电化学稳定性及热稳定性。然而，PEDOT本身刚性链和不溶不熔的性质严重限制了其后续的加工应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：现有可用于3D打印的导电水凝胶材料不能兼具柔性和高机械强度的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种聚丙烯酸酯/噻吩类复合导电水凝胶，其特征在于，原料包括丙烯酸酯类单体，磺酸盐单体，3,4-乙撑二氧噻吩，交联剂，氯化钙，光引发剂及水。

优选地，原料包括以下以重量份数计的组份：

更优选地，所述的丙烯酸酯类单体为丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酰胺和甲基丙烯酸甲酯中的任意一种或几种的组合。

更优选地，所述的磺酸盐单体为对苯乙烯磺酸钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、烯丙基磺酸钠和甲基乙烯磺酸酯中的任意一种或几种的组合。

更优选地，所述的交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、二缩三丙醇二丙烯酸酯和三羟基甲丙烷三丙烯酸酯中的一种。

更优选地，所述的光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(IRGACURE1173)、双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦(IRGACURE819)、1-羟基-环已基苯基酮(IRGACURE184)、2-卞基-2-二甲氨基-1-(4-吗啉苯基)-1-丁酮(IRGACURE369)和2-羟基-2-甲基-1-对羟乙基醚基苯基丙酮(IRGACURE2959)的一种或两种以上的组合。

更优选地，所述水为蒸馏水。

本发明还提供了上述聚丙烯酸酯/噻吩类复合导电水凝胶的制备方法，其特征在于，将丙烯酸酯类单体、磺酸盐单体、光引发剂、交联剂、氯化钙和水依次加入混合，反应得到A组分；将3,4-乙撑二氧噻吩，磺酸盐单体和水在-5～10℃的密封环境下混合搅拌，反应得到B组分；将A、B组分混合后得到复合导电水凝胶。